analisa sifat fisis dan mekanik cetakan permanen …

ANALISA SIFAT FISIS DAN MEKANIK CETAKAN PERMANEN DENGAN

MATERIAL BESI COR DUCTILE MELALUI CETAKAN PASIR YANG DI-HEAT

TREATMENT DAN TANPA DI-HEAT TREATMENT

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1 pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh:

AHMAD FAUROK ABDILLAH

D 200 160 094

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2021

i

HALAMANAN PERSETUJUAN




PUBLIKASI ILMIAH

Oleh :


D 200 160 094

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :

Dosen

Pembimbing

Agus Yulianto S.T., M.T.

ii

HALAMAN PENGESAHAN




OLEH


D 200 160 094

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada Hari Jum’at, 4 Juni 2021

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penyji :

1. Agus Yulianto S.T., M.T. (.......................)

2. Ir. Sunardi Wiyono, M.T. (.......................)

3. Ir. Bibit Sugito, M.T. (.......................)

Dekan,

Rois Fatoni, ST, M.Sc, Ph.D.

NIK. 892

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan publikasi ilmiah ini tidak terdapat karya yang pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang

lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan

saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.

Surakarta, 08 Agustus 2021

Penulis

Ahmad Faurok Abdillah

D 200 160 094

1




Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh proses pengerasan api terhadap

kekerasan dan laju keausan ductile ferro casting untuk cetakan permanen. Proses pengerasan

api dilakukan dengan pemanasan tepi benda uji dengan nyala aksi-asetilen hingga suhu 900oC,

kemudian dilanjutkan dengan proses quenching pada bagian tepi yang dibakar. Pengujian

kekerasan vickers dilakukan pada spesimen dengan pengerasan api dan tanpa pengerasan api.

Kekerasan dilakukan pada lima titik yaitu pada jarak 1 mm, 2 mm, 3 mm, 25 mm dan 54 mm

dari tepi. Uji keausan dilakukan dengan menggunakan Abrasive Wear Test. Dari hasil uji

kekerasan dan keausan didapatkan kekerasan benda uji tanpa pengerasan nyala pada jarak 1

mm, 2 mm, 3 mm, 25 mm dan 54 mm dari tepi adalah 137,3 HVN, 141,1 HVN, 137,3 HVN,

130,1 HVN dan 137,3 HVN masing-masing.Pada uji keausan, penurunan berat spesimen tanpa

proses pengerasan api adalah 184,3 mg. Sedangkan untuk spesimen yang diolah dengan flame

hardening didapatkan kekerasan pada jarak 1 mm, 2 mm, 3 mm, 25 mm dan 54 mm dari tepi

adalah 328,8 HVN, 249,7 HVN, 117,4HVN, 120,4 HVN dan 117,4 HVN masing-masing.

Spesimen penurunan berat badan dengan proses pengerasan api adalah 136,3 mg. terjadi

peningkatan kekerasan dan ketahanan aus setelah proses pengerasan api.

Kata kunci: besi cor ductile, pengeresan api, kekerasan, cetakan permanen, keausan

Abstract

The purpose of this work is to investigate effect of the flame hardening process on hardness

and wear rate of ferro casting ductile for permanent mold. The process of flame hardening was

carried out by heating the edge of the specimen with an oxy-acetylene flame to temperature of

900 oC, and then followed by quenching process on the edge that was burned. The Vickers

hardness testing was carried out on specimens with flame hardening and without flame

hardening.The hardness was conducted at five points, namely at a distance of 1 mm, 2 mm, 3

mm, 25 mm and 54 mm from the edge. Wear test was conducted by using Abrasive Wear Test.

From the results of hardness and wear test,the hardness of specimens without flame hardening

at a distance of 1 mm, 2 mm, 3 mm, 25 mm and 54 mm from the edge were 137.3 VHN, 141.1

VHN, 137.3 VHN, 130.1 VHN and 137.3 VHN, respectively.In the wear test, the weight loss

for specimens without flame hardening process was 184.3 mg. While for the specimens that

were processed by flame hardening, the hardness obtained at a distance of 1 mm, 2 mm, 3 mm,

25 mm and 54 mm from the edge were 328.8 VHN, 249.7 VHNN, 117.4 VHN, 120.4 VHN

and 117.4 VHN, respectively. The weight loss specimen with a flame hardening process was

136.3 mg. There were increasing hardness and wear resistance after flame hardening processes.

Keywords: Ferro Casting Ductile, Flame Hardening, Hardness, Permanent Mold, Wear

1 PENDAHULUAN

Dalam dunia industri, pengecoran logam merupakan bagian dari industri hulu pada

bidang manufaktur, pengecoran logam ini mempunyai tahapan, diantaranya proses proses

mencairkan logam kemudian cairan logam tersebut dicorkan kedalam rongga cetakan, proses

selanjutnya yaitu mendinginkan hingga berubah menjadi beku. Pada proses pengecoran logam

2

terdapat beberapa urutan terdiri dari, pembuatan pola, kemudian pembuatan cetakan dan inti,

peleburan, pembongkaran, pembersihan dan pengerjaan akhir, pengujian-pengujian serta

perlakuan panas. Dalam pembuatan besi cor terdapat tuntutan-tuntutan terhadap produk coran

yang perlu diperhatikan, sehingga produk coran yang akan dihasilkan dapat berfungsi dengan

baik sesuai dengan tuntutan. Tuntutan- tuntutan pada produk meliputi fungsi benda cor,

kekuatan yang harus dimiliki, kekerasan yang diinginkan, dampai dengan permasalahan harga

yang ekonomis (Ahsani, 2017).

Besi cor ductile dibuat dengan adanya tambahan sedikit unsur magnesium, tujuan

penambahan unsur ini agar membentuk grafit besi cor menjadi nodular atau bisa disebut bulat.

Perubahan grafit yang dialami diikuti juga dnegan perubahan keuletan, sehingga keuletan yang

dimiliki besi cor bisa naik. Oleh sebab itu besi cor nodular biasa juga disebut dengan besi cor

ulet karena memiliki keuletan 10-20%. Perlakuan panas yang di lakukan pada besi cor nodular

dapat menghasilkan besi cor ferit, perlit, atau martensit temper (Setyo dan Sri, 2008).

Pola yang digunakan untuk pembuatan cetakan benda coran dapat digolongkan menjadi

pola logam dan pola kayu (termasuk pola plastik dan sterofom). Pola kayu dibuat dari kayu,

murah, cepat dibuatnya dan mudah diolahnya dibandingkan dengan pola logam. Oleh karena

itu pola kayu umumnya dipakai untuk cetak pasir (Yunianto, 2014).

Untuk itu sangat diperlukan penelitian yang terkait dengan proses pembuatan cetakan

permanen dengan material besi cor ductile.

2 METODE

2.1 Langkah Penelitian

Gambar 1. Diagram alir

3

2.2 Alat Penelitian

1. Tungku Pelebutan

2. Kowi

3. Ladel

4. Skrap

5. Gerinda

6. Amplas

7. Kain

8. Kompor

9. Cetakan Sprue

10. Cetakan Pasir

11. Timbangan

12. Alat Uji Kekerasan

13. Alat Uji Stuktur Mikro

14. Alat Uji Kekerasan

2.3 Bahan Penelitian

1. Besi ductile

2. Pasir RCS (Resin Coated Sand)

3. Autosol

4. Pasir Cetak

5. Serbuk Batu Kapur

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Pengujian Stuktur Mikro

Bagian yang diambil foto micro adalah titik dimana dilakukan uji kekerasan Vickers

untuk melihat sifat fisis pada kekerasan tertentu dari spesimen.

Pengujian mikrostruktur dilakukan dengan mikroskop optik, sedangkan gambar diambil

dengan sistem foto mikroskopis pada bagian tengah dan kedua tepi benda uji. Gambar 2

menunjukkan fase yang sama pada besi tuang tanpa proses pengerasan api. Fase adalah grafit

spheroid hitam dengan ferit berwarna cerah mengelilinginya. Matriks besi cor ini adalah perlit.

Namun, ternyata ukuran grafit di tepinya sedikit lebih kecil dari pada di tengah.

4

Gambar 2. Struktur mikro bahan baku di (a) tepi (b) tengah (c) tepi lainnya

Gambar 3. Struktur mikro ulet pengecoran besi yang mengeras pada (a) tepi yang mengeras

api (b) tengah (c) tepi yang tidak mengeras dengan api

Dalam spesimen yang mengeras api. Fase perlit pada tepi yang dipanaskan berubah

menjadi austenit dan pada proses quenching austenit berubah menjadi bainit. Jadi seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2 bainite terbentuk di tepi spesimen yang dikeraskan dengan api.

Sedangkan pada sisi tengah dan tepi lainnya, fasa yang terbentuk adalah grafit spheroid yang

dikelilingi matriks ferit dan perlit.

3.2 Hasil Pengujian Kekerasan

Hasil pengujian kekerasan Vickers bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan pada

setiap titik yang di ujikan pada spesimen.

5

Tabel 1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Vickers

No Jarak

Tanpa Flame Hardening Dengan Flame Hardening

d1 d2 Kekerasan

(VHN) d1 d2

Kekerasan

(VHN)

1 1 0,734 0,736 137,3 0,476 0,476 328,8

2 2 0,724 0,724 141,1 0,544 0,546 249,7

3 3 0,734 0,736 137,3 0,794 0,794 117,4

4 25 0,754 0,756 130,1 0,784 0,786 120,4

5 54 0,734 0,736 137,3 0,794 0,796 117,4

Berikut contoh perhitungan kekerasan vickers pada titik uji 1:

𝑉𝐻𝑁 = 1,854×𝑃

(𝑑1+𝑑2

2)

2

= 1,854×40

(0,734+0,736

2)

2

=74,16

0,540225

= 137,276

Gambar 4. Histogram Hasil Pengujian Kekerasan Tanpa Flame Hardening

137,3

141,1

137,3

130,1

137,3

124

126

128

130

132

134

136

138

140

142

1 2 3 25 54

Vic

ker

s H

ard

nes

s (V

HN

)

Distance from edge (mm)

Tanpa Flame Hardening

6

Gambar 5. Histogram Hasil Pengujian Kekerasan dengan Flame Hardening

Penguji kekerasan Vickers dilakukan dengan pemuatan 40 kgf. Pengujian dilakukan

sebanyak 5 kali masing-masing benda uji. Pengujian dilakukan pada titik 1 mm, 2 mm, 3 mm,

25 mm dan 54 mm dari tepi pengerasan nyala. Uji kekerasan benda uji tanpa proses pengerasan

api memiliki lokasi yang sama dengan benda uji yang dikeraskan api. Kekerasan yang

dilakukan pada lima titik berbeda ditemukan bahwa spesimen sebelum proses nyala api,

pengerasan memiliki kekerasan yang sama. Namun kekerasan di tepi benda uji sedikit

meningkat karena ukuran dan jumlah grafit yang berkurang. Sedangkan spesimen yang

diproses dalam pengerasan api diperoleh nilai kekerasan yang bervariasi. Tepi yang mengeras

api memiliki kekerasan tertinggi yaitu 328,8 VHN. Hasil pengujian kekerasan dapat dilihat

pada Gambar 5. Fasa bainit dan pengurangan jumlah grafit menyebabkan peningkatan

kekerasan pada tepi benda uji

3.3 Hasil Pengujian Keausan

Tabel 2. Data Hasil Pengujian Keausan

No Nama Spesimen T

(menit)

w (gram) Δw

(gram)

Laju Keausan

(gram/menit) w1 w2

1 Tanpa Flame Hardening 60 89.8 89.6157 0.1843 0.00307

2 Dengan Flame

Hardening 60 88.45 88.3137 0.1363 0.00227

328,8

249,7

117,4 120,4 117,4

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 25 54

Vic

kers

Har

dn

ess

(VH

N)

Distance from edge (mm)

Flame Hardening

7

Gambar 6. Histogram Hasil Pengujian Keausan Spesimen

Data hasil uji keausan ditunjukkan pada Gambar 4.4 Hasil uji keausan diperoleh, bahwa

benda uji tanpa proses pengerasan nyala mengalami penurunan berat sebesar 184,3 mg yang

lebih tinggi dari pada benda uji yang diolah dengan proses pengerasan nyala yang mengalami

penurunan berat sebesar 136,3 mg. Sehingga spesimen tanpa proses pengerasan nyala tingkat

keausan yang lebih tinggi dan memiliki ketahanan aus yang lebih rendah. Hal ini dikarenakan

pada bagian tepi spesimen yang dikeraskan api memiliki kekerasan yang lebih tinggi.

Peningkatan keausan disebabkan oleh adanya fasa bainit dan berkurangnya jumlah grafit.

4 PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Sebelum proses pengerasan api menunjukkan fase yang sama. Fasenya yaitu grafit hitam

dengan ferit berwarna cerah mengelilinginya. Matriks besi cor ini adalah perlit. Setelah

proses pengerasan api yang dilakukan menyebabkan fase perlit pada tepi yang dipanaskan

berubah menjadi austenit dan pada proses quenching austenit berubah menjadi bainit

sedangkan pada sisi tengah dan tepi lainnya, fasa yang terbentuk adalah grafit yang

dikelilingi ferit dan perlit.

2. Sebelum proses pengerasan api, memiliki nilai kekerasan yang sama, namun setelah proses

pengerasan api yang dilakukan menyebabkan bertambahnya kekerasan pada bagian tepi

benda uji. Kekerasan tertinggi adalah 328,8 VHN

3. Proses pengerasan api yang dilakukan menyebabkan peningkatan ketahanan aus benda uji.

Sebelum melalui proses pengerasan api spesimen mengalami penurunan berat sebesar

184,3 mg. lalu untuk spesimen yang melalui proses pengerasan api mengalami penurunan

berat sebesar 136,3 mg.

89,8

88,45

89,6157

88,3137

87,5

88

88,5

89

89,5

90

1 2

Gei

ght

Lo

ss (

gra

m)

w1

w2

8

4.2 Saran

1. Ketika melakukan proses pengecoran disarankan menggunakan pola, cetakan, dan metode

pengecoran yang memiliki resiko kecil terhadap terjadinya cacat coran.

2. Pada saat proses pengujian struktur mikro, kekerasan, dan keausan harus dengan tata cara

yang sesuai dengan prosedur yang sudah ditentukan dan melakukan dengan sangat teliti

untuk menghindari kesalahan pada saat proses pengujian.

DAFTAR PUSTAKA

Ahsani, Arif. 2017. “Perencanaan Dan Pembuatan Produk Untuk Cetakan Permanen Dengan

Material Fcd Menggunakan Cetakan Pasir Co2”.

Setyo, A. Noor & Sri Widodo. 2008. “Pengaruh Pusaran pada Proses Nodullarisasi Besi Cor

Bergrafit Bulat Terhadap Kekuatan Tarik”.

Yunianto, Khoirudin. 2014. “Analisa Penyusutan Danareamachining Pada Proses Casting

Untuk Pola Dies (Pattern) Fender Mini Truck Esemka Sang Surya”.

analisa sifat fisis dan mekanik cetakan permanen …

Documents